人體如何適應(yīng)宇宙航行

蔡翹

四月十二日，蘇聯(lián)"東方號(hào)"載人的衛(wèi)星式宇宙飛船進(jìn)入太空勝利返航，加加林少校第一次成功地完成了人類(lèi)宇宙航行的任務(wù)，這是人類(lèi)征服宇宙的一個(gè)新紀(jì)元。這一光輝的創(chuàng)舉，受到了中國(guó)人民和全世界愛(ài)好和平的人民的熱烈歡呼，又一次證明了蘇聯(lián)科學(xué)技術(shù)的卓越，證明了社會(huì)主義制度的優(yōu)越性。

人要飛向宇宙，并能安全返回地球，除了要在技術(shù)上解決宇宙飛船精確的發(fā)射和返回等問(wèn)題外，還必須解決人如何能適應(yīng)宇宙空間的生活問(wèn)題，如宇宙飛船在上升和下降時(shí)所產(chǎn)生的超重問(wèn)題；宇宙飛船進(jìn)入衛(wèi)量軌道所產(chǎn)生的失重問(wèn)題；宇宙空間的氣壓和溫度問(wèn)題；宇宙空間的各種射線(xiàn)問(wèn)題等等。本文僅就以上幾個(gè)問(wèn)題向青年同志們作一些簡(jiǎn)要的解釋

如何克服超重？

什么叫超重，為什么會(huì)產(chǎn)生超重現(xiàn)象呢？我們知道，物體（包括人體）所以有重量，是由于地球的引力，或叫地心吸力。引力的大小隨物體距離地球中心的遠(yuǎn)近而不同；距離愈遠(yuǎn)，引力愈小，體重愈輕；例如南北極地面距離地球中心比赤道地面近，所以同一質(zhì)量的物體在南北極較重。在沒(méi)有空氣阻力的空間，物體自由降落，以每秒9．8米的加速度向地面下墮這種加速度運(yùn)動(dòng)我們稱(chēng)它為一個(gè)地心引力單位。凡物體運(yùn)動(dòng)速度的改變都會(huì)引起物體的超重現(xiàn)象。如加速度等于一個(gè)地心引力單位時(shí)，物體重量增加一倍，二個(gè)單位時(shí)即增加二倍，依次類(lèi)推。減速度也是使物體運(yùn)動(dòng)的速度發(fā)生變化，也一樣可以引起超重。因此，我們可以說(shuō)，超重現(xiàn)象是由于物體運(yùn)動(dòng)速度的改變所引起的。

我們乘電梯時(shí)若啟動(dòng)上升太快，就會(huì)感到整個(gè)身體驟然下沉，腳底壓在地板上很緊，這就是由于電梯向上的加速度而使人體重量增加產(chǎn)生的超重。電梯的這種速度變化不太大，故產(chǎn)生的超重現(xiàn)象也??；噴氣式飛機(jī)高速飛行時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎、盤(pán)旋、俯沖后垂直上升等，加速度就比較大。宇宙飛船的上升要在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到每秒八公里，加速就很大；下降時(shí)，要從每秒八公里在半小時(shí)內(nèi)減速到著陸時(shí)每秒不超過(guò)十米，減速更是大。因此宇宙飛船在上升和下降過(guò)程中超重最高可達(dá)十個(gè)地球引力單位，即使物體重量加重十倍

人體在遇到超重情況下將會(huì)有什么反應(yīng)呢？由于人體重量增加了，動(dòng)作就很費(fèi)力，甚至抬不起手，抬不起頭，站不起身，胸部受到壓力而感到不舒服。但更重要的是影響血液循環(huán)，因人體的大血管是沿身體的縱軸作上下行的。如果加速度的方向是由腳到頭，身體的重力將是由頭到腳，這時(shí)除腳底與臀部受壓到與地板或座椅接觸很緊，手足不容易提起，腸胃道向下移動(dòng)及面孔肌肉被拉向下外，大部分血液將流向腹部及下肢，因而心臟血少，頭部血更少。如果加速度超過(guò)四個(gè)單位，一般人要發(fā)生眼睛發(fā)暗，甚至失去意識(shí)。如果加速度的方向是由頭到腳，影響更加嚴(yán)重，血液將沖注頭腦，只要超重二、三個(gè)單位就會(huì)引起眼睛發(fā)紅，甚至發(fā)生腦沖血。但人體對(duì)橫向加速度的耐力就比較大，因?yàn)槿梭w內(nèi)沒(méi)有大血管是橫行的，所以這種方向的加速度并不嚴(yán)重地影響血液的循環(huán)。在沒(méi)有防護(hù)裝備的情況下，一般可以耐受八到十個(gè)引力單位，如加上平日預(yù)先鍛煉，并穿上防護(hù)服裝，耐力還可以提高。這種防護(hù)服裝是利用機(jī)械力于超重時(shí)自動(dòng)壓迫腹部及大小腿，以避免血液在那里積聚。飛行員在宇宙飛船中采取臥的體位并穿上防護(hù)服裝，對(duì)十個(gè)單位的加速度影響是完全可以耐受的。

衛(wèi)星式宇宙飛船飛行所遇到的超重是比較嚴(yán)重的。飛船之所以能達(dá)到地球衛(wèi)星軌道，主要是依靠它能從地面啟動(dòng)時(shí)就不斷增加速度。如用三級(jí)火箭的話(huà)，第一極的加速要達(dá)到8—9個(gè)單位，第二級(jí)6—7個(gè)單位，第三級(jí)4—5個(gè)單位，總共約需6—7分鐘；在此時(shí)間內(nèi)超重起伏三次（由于三級(jí)火箭），形成三個(gè)高峰的變化。如果加速度的方向是由后向（即由背向胸）的話(huà)，這樣大和長(zhǎng)而且發(fā)生三次變化的超重，人是可能耐受的。加加林少校的勝利飛行更證明其如此。

人對(duì)失重的適應(yīng)性

宇宙飛船進(jìn)入衛(wèi)星軌道時(shí)，由于地球引力與飛運(yùn)動(dòng)的離心力大約相等，所以就發(fā)生失重（全部或大

部）現(xiàn)象。宇宙飛船脫離軌道進(jìn)入大氣層前的自由降落一段時(shí)期，也會(huì)發(fā)生失重現(xiàn)象。

失重的影響可從兩方面來(lái)考慮；一方面是人體本身失去重量的影響，另一方面則是周?chē)矬w失去重量的影響。人體本身失去重量對(duì)于基本生理功能如呼吸、消化及血液循環(huán)等是有一定的影響的；例如血液沒(méi)有重量，心臟就不必那樣費(fèi)力，呼吸肌沒(méi)有重量，呼氣就不可能是被動(dòng)的。但是，由于這種影響不大，身體的代償機(jī)能又是那么靈活，適應(yīng)得那么快，以致微小而短時(shí)的改變不易表現(xiàn)出來(lái)。因此可以說(shuō)，失重對(duì)基本生理功能是沒(méi)有嚴(yán)重影響的。但是，在知覺(jué)及運(yùn)動(dòng)方面卻有深刻的影響。根據(jù)飛機(jī)失重的研究報(bào)告，失重時(shí)覺(jué)得身體飄浮，不能著地，除用視覺(jué)來(lái)指導(dǎo)外，認(rèn)識(shí)體位及協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)都是很困難的。身體的重量原來(lái)會(huì)刺激肌肉感受器、內(nèi)耳耳石器和皮膚觸覺(jué)器（當(dāng)重量壓迫皮膚，使之與接觸物貼緊），從而供給大腦以身體體位所在的各種信號(hào)。大腦喪失這一系列信號(hào)，所以一時(shí)失去了定向能力及動(dòng)作協(xié)調(diào)能力。不過(guò)，人的代償能力很強(qiáng)，失重之后就多用眼睛、多用腦子以補(bǔ)償內(nèi)耳耳石器、肌肉及皮膚感受器之缺乏刺激的缺陷，在短期之內(nèi)或經(jīng)過(guò)幾次練習(xí)之后就變成習(xí)慣而不感到失去定向及肌肉協(xié)調(diào)的障礙了。

對(duì)于周?chē)矬w的失重，開(kāi)始時(shí)自然也不習(xí)慣，因?yàn)橐磺形矬w都要固定，不然就會(huì)飄浮空中，四處亂飛。水不能從瓶中倒出，食物必須做成膏糊，用手?jǐn)D或用力吸才能吃下去，大小便必須使勁，自來(lái)水筆將失去作用等等，諸如此類(lèi)不習(xí)慣的事情和動(dòng)作當(dāng)然還很多。

對(duì)于超重和失重的適應(yīng)，飛行員的條件是很重要的，飛行員的健全體格、能勝任巨大加速度負(fù)荷的體格，正確的思想，堅(jiān)強(qiáng)的意志，穩(wěn)定的情緒，機(jī)智靈活，能吃苦耐勞，反應(yīng)迅速而準(zhǔn)確，都是很重要的。這就要求在挑選、訓(xùn)練和鍛煉幾方面進(jìn)行很好的準(zhǔn)備。加加林少校之所以獲得成功，說(shuō)明蘇聯(lián)宇宙醫(yī)學(xué)在保證工作上是有杰出成就的。

宇宙空間的氣壓和溫度

宇宙空間氣壓極低，幾乎接近真空，沒(méi)有人體呼吸所必須的分子氧氣，如果沒(méi)有特別設(shè)備，人在其間是不能生存的。在人造地球衛(wèi)星軌道上溫度的變化是很大的，向太陽(yáng)時(shí)輻射熱可高達(dá)攝氏六、七百度，而在地球的背面則溫度可下降至零下一百五十度。在這么高和這么低的溫度中，人能忍受的時(shí)間是很短的。由于上述原因，人要進(jìn)入宇宙空間和停留在那里，即使是比較短的時(shí)間，也必須創(chuàng)造一個(gè)適合于生存的小環(huán)境。這個(gè)小環(huán)境就是密閉艙。艙內(nèi)維持接近于地球表面壓力和氧氣成分，同時(shí)用藥劑吸收由人體排出的二氧化碳和水。艙壁必須隔熱。艙內(nèi)具有溫度調(diào)節(jié)器，使艙內(nèi)溫度保持在攝氏15—25度之間。人在生活中不能缺乏氧氣，也不能呼吸濃度過(guò)大的二氧化碳。蘇聯(lián)在1960年所發(fā)射的衛(wèi)星式宇宙飛船的密閉座艙已完全解決了這一系列問(wèn)題。例如用吸收劑保持艙內(nèi)二氧化碳在1％以下，用液體或壓縮氧氣使艙內(nèi)氧氣成分保持在21—24％之間，用吸水劑使?jié)穸炔怀^(guò)35—40％，艙內(nèi)氣壓則由壓力調(diào)節(jié)器使它接近地球海平面的壓力。

宇宙空間的各種射線(xiàn)

宇宙空間的各種射線(xiàn)，如紫外線(xiàn)、軟X線(xiàn)和宇宙線(xiàn)，特別是宇宙線(xiàn)之損害人體，早就引起了物理學(xué)家及生理學(xué)家的注意，并進(jìn)行了多方面的測(cè)定和實(shí)驗(yàn)（例如在高山頂、高空氣球、高空火箭、人造地球衛(wèi)星上測(cè)定電離輻射和宇宙微粒子輻射的強(qiáng)度等）。但直到最近，蘇聯(lián)衛(wèi)星式宇宙飛船的生物學(xué)研究才確定了在離地面三、四百公里的人造地球衛(wèi)星軌道上，各種射線(xiàn)的強(qiáng)度及密度，在一定的防護(hù)措施之下（紫外線(xiàn)大部分不能透過(guò)玻璃或塑膠板，X射線(xiàn)不能穿透重金屬板），不但不足以引起高等動(dòng)物的急性創(chuàng)傷，也沒(méi)有嚴(yán)重的慢性危害和遺傳影響。根據(jù)蘇聯(lián)兩次衛(wèi)星式宇宙飛船所攜帶的生物體試驗(yàn)結(jié)果，證明在地球表面上空幾百公里之內(nèi)，宇宙線(xiàn)對(duì)生物體的影響是不大的。

蘇聯(lián)“東方號(hào)”載人宇宙飛船發(fā)射和返航的勝利，使人類(lèi)征服宇宙的歷史揭開(kāi)了新的一頁(yè)。過(guò)去浩瀚的宇宙對(duì)于人們是神秘的，對(duì)它，人們長(zhǎng)期地相傳著種種美麗的想象，嫦娥奔月的神話(huà)，就表現(xiàn)了我國(guó)古代人民遨游太空的幻想，可是今天太空飛行已成為現(xiàn)實(shí)。從今以后，人類(lèi)將不再是局限在地球的搖籃里，人類(lèi)飛到月球、星球上去的日子已經(jīng)不遠(yuǎn)了。